(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力送信装置からレクテナ基地局にマイクロ波を送信し、上記レクテナ基地局で受信して電力を生成する無線電力伝送システムにおいて、上記電力送信装置は、送信するマイクロ波の位相の基準となる基準送電パネルと、この基準送信パネル以外の複数の送電パネルとを具備し、上記レクテナ基地局は、上記基準送電パネル及び上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波を受信整流して電力を生成するレクテナと、上記複数の送電パネルの位相を変更する位相制御信号を生成する位相制御部とを具備し、上記位相制御部は、上記複数の送電パネルのうちの１の送電パネルについて、送信マイクロ波の位相を１段分変更させ、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善される場合には上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルの位相をそのままとし、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善されない場合には変更前の位相に戻す位相調整を行い、その後、上記位相調整を上記複数の送電パネルのうちの２の送電パネルについて行うことで、順次、上記複数の送電パネルに対して上記位相調整を実施することを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項２】
電力送信装置から送信されるマイクロ波を受信整流して電力を生成するレクテナ基地局において、上記電力送信装置の基準送電パネル及び複数の送電パネルから送信されたマイクロ波を受信整流して電力を生成するレクテナと、上記複数の送電パネルの位相を変更する位相制御信号を生成する位相制御部とを具備し、上記位相制御部は、上記複数の送電パネルのうちの１の送電パネルについて、送信マイクロ波の位相を１段分変更させ、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善される場合には上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルの位相をそのままとし、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善されない場合には変更前の位相に戻す位相調整を行い、その後、上記位相調整を上記複数の送電パネルのうちの２の送電パネルについて行うことで、順次、上記複数の送電パネルに対して上記位相調整を実施することを特徴とするレクテナ基地局。
【請求項３】
上記位相制御部は、上記電力送信装置での発電電力情報を取得して送電効率を算出することを特徴とする請求項２に記載のレクテナ基地局。
【請求項４】
上記位相制御部は、位相調整による送電効率の変化量を記憶し、次回の位相調整を、送電効率の改善効果の高い送電パネル順に行うことを特徴とする請求項２に記載のレクテナ基地局。
【請求項５】
上記位相制御部は、位相調整による送電効率の改善量に基づいて、次回の位相調整量を増加させることを特徴とする請求項２に記載のレクテナ基地局。
【請求項６】
上記位相制御部は、上記基準送電パネル及び上記複数の送電パネルから出力するマイクロ波の送電電力を変更する制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のレクテナ基地局。
【請求項７】
上記位相制御部は、上記複数の送電パネルのうち２以上の送電パネルをグループ化して位相調整を行うことを特徴とする請求項２に記載のレクテナ基地局。
【請求項８】
電力送信装置からレクテナ基地局にマイクロ波を送信し、上記レクテナ基地局で受信して電力を生成する無線電力伝送システムにおいて、上記電力送信装置は、送信するマイクロ波の位相の基準となる基準送電パネルと、この基準送信パネル以外の複数の送電パネルと、この複数の送電パネルの位相を変更する位相制御部とを具備し、上記レクテナ基地局は、上記基準送電パネル及び上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波を受信整流して電力を生成するレクテナを具備し、上記位相制御部は、上記複数の送電パネルのうちの１の送電パネルについて、送信マイクロ波の位相を１段分変更させ、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善される場合には上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルの位相をそのままとし、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善されない場合には変更前の位相に戻す位相調整を行い、その後、上記位相調整を上記複数の送電パネルのうちの２の送電パネルについて行うことで、順次、上記複数の送電パネルに対して上記位相調整を実施することを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項９】
レクテナ基地局のレクテナで受信整流して電力を生成するためのマイクロ波を送信する電力送信装置において、送信するマイクロ波の位相の基準となる基準送電パネルと、この基準送信パネル以外の複数の送電パネルと、この複数の送電パネルの位相を変更する位相制御部とを具備し、上記位相制御部は、上記複数の送電パネルのうちの１の送電パネルについて、送信マイクロ波の位相を１段分変更させ、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善される場合には上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルの位相をそのままとし、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善されない場合には変更前の位相に戻す位相調整を行い、その後、上記位相調整を上記複数の送電パネルのうちの２の送電パネルについて行うことで、順次、上記複数の送電パネルに対して上記位相調整を実施することを特徴とする電力送信装置。
【請求項１０】
上記位相制御部は、発電電力情報に基づいて送電効率を算出することを特徴とする請求項９に記載の電力送信装置。
【請求項１１】
上記位相制御部は、位相調整による送電効率の変化量を記憶し、次回の位相調整を、送電効率の改善効果の高い送電パネル順に行うことを特徴とする請求項９に記載の電力送信装置。
【請求項１２】
上記位相制御部は、位相調整による送電効率の改善量に基づいて、次回の位相調整量を増加させることを特徴とする請求項９に記載の電力送信装置。
【請求項１３】
上記位相制御部は、上記基準送電パネル及び上記複数の送電パネルから出力するマイクロ波の送電電力を変更する制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の電力送信装置。
【請求項１４】
上記位相制御部は、上記複数の送電パネルのうち２以上の送電パネルをグループ化して位相調整を行うことを特徴とする請求項９に記載の電力送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽光を受けて光電変換し、得られた電力をもとに生成したマイクロ波を複数の送信装置から送信し、これを受信装置により受信して電力を生成する無線電力伝送システム、レクテナ基地局及び電力送信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、複数の電力送信装置からレクテナ基地局にマイクロ波を送信し、レクテナ基地局で受信して電力を生成する従来の無線電力伝送システムが記載されている。この従来の無線電力伝送システムでは、レクテナ基地局が、マイクロ波を受信するレクテナと、電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナと、レクテナにより受信した電力値が増大するように、電力送信装置の識別符号を指定して電力送信装置の位相を変更するコマンド信号を生成する位相監視制御部とにより構成されている。また、電力送信装置は、マイクロ波をレクテナ基地局へ送信する複数の送信アンテナ素子と、パイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、このパイロット信号受信アンテナにより受信したパイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、この追尾受信機により検出したパイロット信号の到来方向に、複数の送信アンテナ素子から送信するマイクロ波の方向が向くように位相調整を行うビーム駆動制御部と、位相監視制御部からのコマンド信号に基づいて、識別符号が記憶する識別符号と一致する場合に、マイクロ波の位相変更を行う位相制御器とにより構成されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−００４３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された従来の無線電力伝送システムは、レクテナ基地局で受信されるマイクロ波の電力が閾値を下回る場合に、電力送信装置の位相を再設定する手順が開示されているが、その手法は、各電力送信装置のすべてを順次位相変更し、最良な電力量が得られるまで繰り返していくというものであり、位相調整に時間がかかってしまうことにより、結果的に送電効率を劣化させてしまうという問題点や、周波数の高い位相変動要素には対応することができないという問題点もあった。また、各電力送信装置の位相調整において、各電力送信装置をすべて同等と扱うのではなく、一定の基準を設けることによって、位相調整の安定さを増し、マイクロ波ビームの収束性を高めることのできる位相調整方法を案出することが課題となっていた。また、電力送信装置側で受ける太陽光エネルギーの変化によっても位相調整精度が変化してしまうという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点や課題を解決するためになされたもので、電力送信装置での位相調整を短時間で行うことにより送電効率が良く、比較的高周波の変動要素にも対応することができ、また、マイクロ波ビームの収束性の良い無線電力伝送システム、レクテナ基地局及び電力送信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る無線電力伝送システムは、電力送信装置からレクテナ基地局にマイクロ波を送信し、上記レクテナ基地局で受信して電力を生成する無線電力伝送システムにおいて、上記電力送信装置は、送信するマイクロ波の位相の基準となる基準送電パネルと、この基準送信パネル以外の複数の送電パネルとを具備し、上記レクテナ基地局は、上記基準送電パネル及び上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波を受信整流して電力を生成するレクテナと、上記複数の送電パネルの位相を変更する位相制御信号を生成する位相制御部とを具備し、上記位相制御部は、上記複数の送電パネルのうちの１の送電パネルについて、送信マイクロ波の位相を１段分変更させ、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善される場合には上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルの位相をそのままとし、上記基準送電パネル及び上記送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む上記複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善されない場合には変更前の位相に戻す位相調整を行い、その後、上記位相調整を上記複数の送電パネルのうちの２の送電パネルについて行うことで、順次、上記複数の送電パネルに対して上記位相調整を実施するものである。また、上記位相制御部を上記電力送信装置側に設けることもできるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、位相制御部によって、複数の送電パネルのうちの１の送電パネルについて、送信マイクロ波の位相を１段分変更させ、基準送電パネル及び送信マイクロ波の位相を１段分変更させた送電パネルを含む複数の送電パネルから送信されたマイクロ波の送電効率が改善される場合には位相をそのままとし、送電効率が改善されない場合には変更前の位相に戻す位相調整を行い、その後、位相調整を複数の送電パネルのうちの２の送電パネルについて行うことで、順次、複数の送電パネルに対して位相調整を実施するので、位相調整を短時間に行うことができ、このことにより、送電パネルのより高い周波数の位相ずれの補正に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システムの全体構成を表す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システムにおける位相制御処理を表す処理フローチャートである。
【図３】送電パネルの１つのモデルとそのビームパターンを示す模式図である。
【図４】付与するランダムな位相誤差と位相調整による送電強度改善を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る無線電力伝送システムの全体構成を表す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る無線電力伝送システムにおける位相制御処理を表す処理フローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態３に係る無線電力伝送システムの全体構成を表す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る無線電力伝送システム内に設ける位相制御部の構成を表す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
【００１０】
この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システム、レクテナ基地局及び電力送信装置について図１乃至図４を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システムの全体構成を表す構成図である。図１（ａ）は電力送信装置が結合して配置されるものであり、図１（ｂ）は電力送信装置が離散的に配置されるものである。図１（ａ）において、１は電力送信装置であり、２はレクテナ基地局である。電力送信装置１において、３は基準送電パネル、４は基準送電パネル３以外の送電パネルであり、５は基準送電パネル３及び送電パネル４が結合される構造体、６はレクテナ基地局２との通信部、７は制御部である。制御部７は、基準信号源を有しており各基準送電パネル３及び送電パネル４へ基準信号を供給し、通信部６を介して送受信する制御信号の信号処理回路などを有する。また、電力送信装置１は人工衛星や飛行船などの飛翔体に搭載され、飛翔体の位置姿勢制御回路８から制御部７へ位置姿勢情報を入力する。なお、図１（ａ）において、送電パネルは基準送電パネルとそれ以外の送電パネルを合わせて４台としているが、この台数は４台に限られるものではない。図１（ｂ）の離散配置型では、宇宙空間に配置される複数の発電衛星にそれぞれ基準送電パネル３と送電パネル４が搭載され、また統制衛星に通信部６や制御部７が搭載され、統制衛星から各発電衛星へ基準信号や制御信号が供給される構成の電力送信装置となっている。以下、主として図１（ａ）の構成に基づき各実施の形態についての説明を行うが、図１（ｂ）の構成でも同様である。
【００１１】
レクテナ基地局２において、９は電力送信装置１の基準送電パネル３及び送電パネル４からのマイクロ波を受信し、整流合成して電力を生成するレクテナであり、１０はレクテナ９で受信したマイクロ波のＲＦ信号の振幅及び位相や、受信電力値などの受電電力情報に基づき、基準送電パネル３及び送電パネル４の位相を制御するための制御信号を生成する位相制御部である。また、１１は電力送信装置１との間で制御信号の送受信を行う通信部である。
【００１２】
つぎに動作について説明する。基準送電パネル３及び各送電パネル４では、それぞれ制御部７からの制御信号に基づき、各パネルごとに設けられた移相器により高周波基準信号を位相調整する。位相調整された高周波信号は、各パネル内の分配回路により分配された後、増幅器により増幅し、パネル前面にアレイ状に配置したアンテナ素子から空間へ放射される。増幅器を駆動する電力は、図示しない光電変換部により太陽光のエネルギーを電力変換して得られる。基準送電パネル３及び各送電パネル４からレクテナ基地局２へ向けて送信されるマイクロ波の位相を揃えることにより、送電電磁波のエネルギーが収束してマイクロ波ビームが形成され、レクテナ基地局２へ有効に送電することができる。
【００１３】
各送電パネルの位相制御は、レクテナ９から位相制御部１０へ出力される受電電力情報に基づき実施され、位相制御部１０から出力される位相制御信号は、通信部１１から送信され、電力送信装置１側の通信部６により受信される。レクテナ９から出力される受電電力情報には、電力送信装置１での太陽光からの発電電力の変動成分が重乗される。この発電電力の変動成分が大きい場合には、受電電力が各送電パネルの位相設定による成分が支配的となるよう、電力送信装置１での発電電力情報を通信部６によって、電力送信装置１側からレクテナ基地局２側へ送信する。位相制御部１０は発電電力情報から受電電力情報を差引くことで、送電に関わる損出量を算出し、送電効率＝レクテナ受電量／発電量が最大と成るように、各送電パネルの位相を調整する。発電電力の変動成分が小さい場合には、受電電力を以って送電効率に換えても良い。
【００１４】
次に、位相制御部１０にて実施される位相制御の方式について説明する。まず、電力送信装置１の各送電パネルは、基準送電パネル３とそれ以外の送電パネル４とに分類して位相制御を行うことになる。電力送信装置１が搭載される人工衛星やその他の飛翔体の運動を考えると、その飛翔体が全体として姿勢変動して回転変位を生じ、この回転変位に伴って各送電パネルの位置が変化し、各送電パネルから送信されるマイクロ波の位相がずれてしまうことが考えられる。そこで、電力送信装置１が搭載される飛翔体の重心位置に近い場所に位置し、他のパネルに比して構造的により強固に支持し得る送電パネルを基準送電パネル３とする。この基準送電パネル３を送電するマイクロ波の位相の基準とし、他の送電パネルパネル４を基準送電パネル３に対して位相調整することによって、安定した位相制御が可能になる。ただし、全ての送電パネルがそれぞれ独立した飛翔体に搭載される場合には、何れのパネルを基準送電パネルとして定義しても良い。
【００１５】
位相の基準としての基準送電パネル３は位相調整のために位相を変更する必要は無いが、飛翔体が具備する位置姿勢制御回路８からの位置姿勢情報により、全送電パネルの位相更新周期よりも短い周期で変動する基準送電パネル３のレクテナ９との相対的な位置変化量を位相制御部１０にて演算し、基準送電パネル３からの送電マイクロ波が位相変動しないように基準送電パネル３の位相調整を実施する。この基準送電パネル３の位相調整によって、他の送電パネル４の位相調整の誤差を抑え、位相調整精度を向上することが出来る。ここで、基準送電パネル３の位置変化量を送電マイクロ波の位相に換算するためには、位置変化量をマイクロ波の波長で割算すればよい。なお、位置姿勢情報は、電力送信装置１の通信部６から送信され、レクテナ基地局２の通信部１１にて受信し、位相制御部１０へ入力する。また、基準送電パネル３以外の送電パネル４においても同様に短い周期の変動を補償することにより、位相調整の誤差を抑え、位相調整精度を向上することができる。位置姿勢制御回路８の情報が得られない場合、或いは位置や姿勢の変動が少ない場合には、位置姿勢情報を用いず補償制御しなくても良い。
【００１６】
図２は、実施の形態１に係る無線電力伝送システムにおける位相制御処理を表す処理フローチャートである。ここで、基準送電パネル３以外の送電パネル４の台数をｎとし、送電パネルごとに識別符号を有するものとする。また、各送電パネル４の位相調整は高周波基準信号を移相する移相器によって行うものとする。例えば５ビット移相器を用いる場合には３２段階の位相設定が可能であり、このような多段設定可能な移相器の１段分を、指定する極性方向（＋か−方向）に変更する制御信号を位相制御部１０にて生成する。この極性方向は、位相制御部１０において送電パネル４ごとに記憶しているものとし、位相制御処理の中で適宜設定変更されていくが、まったくの初期状態においては、プリセットしたデフォルト極性方向（例えば一律に＋方向）が記憶されているものとする。
【００１７】
まず、図２のステップＳ１において送電パネル４に対応するループ値ｋを１に設定し、ステップＳ２において、位相制御部１０にてｋ番目の識別符号（ｋ）、極性方向（ｋ）を読み込む。つぎにステップＳ３において、位相制御部１０にて識別符号（ｋ）、極性方向（ｋ）を記述した位相制御信号を生成し、通信部１１より送信する。ステップＳ４において、電力送信装置１側では、通信部６により位相制御信号を受信して識別符号（ｋ）及び極性方向（ｋ）を再生し、制御部７にて識別符号（ｋ）の送電パネル４について再生された極性方向（ｋ）に位相を１段分変更する。
【００１８】
つぎに、ステップＳ５により、レクテナ９にて受信した電力を測定し（位相変更の前後で測定されているものとする）、送電効率が改善されたかどうかを位相制御部１０にて判定する。送電効率が改善されていない場合には、ステップＳ６に移行して極性方向（ｋ）を反転し、続いて、ステップＳ７において、位相制御部１０にて識別符号（ｋ）、極性方向（ｋ）を記述した位相制御信号を生成し、通信部１１より送信する。さらに、ステップＳ８において、電力送信装置１側では、通信部６により位相制御信号を受信して識別符号（ｋ）及び極性方向（ｋ）を再生し、制御部７にて識別符号（ｋ）の送電パネル４について再生された極性方向（ｋ）に位相を１段分変更する。これらの処理により、送電効率が改善されていない場合に、識別符号（ｋ）の送電パネル４の位相が元に戻ったことになる。その後、ステップＳ９に移行してループ値ｋを１つ進める。
【００１９】
また、ステップＳ５において送電効率が改善されていると判定した場合にもステップＳ９に移行してループ値ｋを１進め、ステップＳ９の後、ステップＳ１０に移行し、ループ値ｋが送電パネル４の台数ｎを超えていれば、ステップＳ１１にてループ値ｋを１に再設定する。ステップＳ１０及びステップＳ１１の後、ステップＳ２に戻ることにより、順次送電パネル４の位相制御が繰り返される。なお、この図２の処理フローチャートは無限にループしているが、適宜割り込み処理を入れて中断することができる。
【００２０】
以上のように、送電パネル４の位相を１段分調整した後、直ぐに次の送電パネルに位相制御を移行するため、送電パネル４の位相制御１回当たりの位相調整量は少ないが、送電パネル４全数の位相制御は短時間に完了する。このことにより、送電パネルのより高い周波数の位相ずれの補正に有効であり、位相補正精度がよくなる。また、位相の操作量を１段に抑えているため、位相調整を実施していても送電ビームに与える影響が少なく、送電しながら同時に位相調整を実施しても送電効率を大きく損なうことが無い。また、目標受電設備以外への干渉強度も同時に抑えることが出来る。さらに、この位相制御処理によれば、各送電パネル４に対して、前回の位相制御の結果から位相が改善する可能性が高い位相制御方向を記憶しているため、無作為に位相を変更する場合よりも確実に位相調整が可能である。
【００２１】
なお、複数の送電パネル４を１つの組として、送電パネル４の全体を複数の組に分け、１つの組ごとに送電パネル４の位相を同時に１段分変更していく位相調整を行うこともできる。
【００２２】
図３は送電パネルの１つのモデルとそのビームパターンを示す模式図である。図３（ａ）に示す送電パネル４は、８パネル×８パネルの正方配列を有する全６４台の送電パネルからなる。図３（ｂ）はこの送電パネル４のビームパターンを示す模式図であり、実線太線で示されるＤＡＴＡ０は、６４台の送電パネルからの放射マイクロ波の位相が完全に一致している状態のビームパターンを示している。また、図３（ｂ）の実線細線で示されるＤＡＴＡ１は、左下隅の４台の送電パネルのみ位相をずらした状態でのビームパターンを示している。このモデルでは、任意の送電パネルの位相をずらした状態でのビームパターンを求めることができるものである。
【００２３】
つぎに図３に示した送電パネルモデルにランダムな位相誤差を与えて、この発明による位相調整を行う。図４は、付与するランダムな位相誤差と位相調整による送電強度改善を示す模式図である。図４（ａ）には、６４台の各パネルにランダムに位相誤差を与えた５ケースの位相誤差（絶対値）の平均値を示す。この５ケースにおいて、各パネルを５ビット移相器（位相設定３２段階）を用いて位相調整すると、図４（ｂ）に示すように、位相調整回数ごとに送電強度が改善されていくことがわかる。ここで、６４台のパネルのうち１台を基準送電パネルとして位相調整を行わず、他の６３台の送電パネルにつき図２に示した位相調整フローにより位相調整を行っていく。図４（ｂ）に示す位相調整回数とは、ループ値ｋが１から６３まで一巡したときに１回と数えるものである。図４（ｂ）によれば、位相調整１５回目でほぼ位相調整が完了することがわかる。なお、図４（ｂ）で用いる送電強度指標とは、送電パネルの位相が揃っている状態でのビーム強度の中心最大値に対する、送電パネルに位相誤差が生じている状態でのビーム強度（最大値）の劣化値をｄＢで表したものであり、送電強度指標が０ｄＢになると送電パネルの位相が揃っている状態に戻っていることを表すものである。
【００２４】
実施の形態２
【００２５】
この発明の実施の形態２に係る無線電力伝送システム、レクテナ基地局及び電力送信装置について図５及び図６を用いて説明する。図５はこの発明の実施の形態２に係る無線電力伝送システムの全体構成を表す構成図である。図５において、１２は電力送信装置１側に設けた位相制御部であり、１３はレクテナ基地局２側においてレクテナ９の受電電力情報を信号処理して通信部１１へ出力する信号処理部である。図２において、図１と同一の符号を付した回路及び部分は、図１におけるそれらの回路及び部分と同一又は相当する回路及び部分である。
【００２６】
この発明の実施の形態２に係る無線電力伝送システムにおける位相制御処理について図６により説明する。図６は実施の形態２に係る無線電力伝送システムにおける位相制御処理を表す処理フローチャートである。
【００２７】
まず、図６のステップＳ１２において送電パネル４に対応するループ値ｋを１に設定し、ステップＳ１３において、位相制御部１２にてｋ番目の識別符号（ｋ）、極性方向（ｋ）を読み込む。つぎにステップＳ１４において、位相制御部１２にて識別符号（ｋ）、極性方向（ｋ）を記述した位相制御指令を生成して制御部７へ出力し、制御部７にて識別符号（ｋ）の送電パネル４について極性方向（ｋ）に位相を１段分変更する。
【００２８】
つぎに、ステップＳ１５により、レクテナ９での受電電力情報を通信部６にて受信する。ここで、受電電力情報は、一定の時間間隔でレクテナ基地局２の通信部１１から送信されているものとしている。受信した受電電力情報に基づき、ステップＳ１６により、受電効率が改善されたかどうかを位相制御部１２にて判定する。送電効率が改善されていない場合には、ステップＳ１７に移行して極性方向（ｋ）を反転し、続いて、ステップＳ１８において、位相制御部１２にて識別符号（ｋ）、極性方向（ｋ）を記述した位相制御指令を生成して制御部７へ出力し、制御部７にて識別符号（ｋ）の送電パネル４について極性方向（ｋ）に位相を１段分変更する。これらの処理により、送電効率が改善されていない場合に、識別符号（ｋ）の送電パネル４の位相が元に戻ったことになる。その後、ステップＳ１９に移行してループ値ｋを１つ進める。
【００２９】
また、ステップＳ１６において送電効率が改善されていると判定した場合にもステップＳ１９に移行してループ値ｋを１進め、ステップＳ１９の後、ステップＳ２０に移行し、ループ値ｋが送電パネル４の台数ｎを超えていれば、ステップＳ２１にてループ値ｋを１に再設定する。ステップＳ２０及びステップＳ２１の後、ステップＳ１３に戻ることにより、順次送電パネル４の位相制御が繰り返される。なお、この図６の処理フローチャートは無限にループしているが、適宜割り込み処理を入れて中断することができる。
【００３０】
無線電力伝送システムの位相制御処理が、単純な処理フローチャートで記述され、複雑な計算を必要としないことから、小規模な信号処理回路系で実現することが可能である。この実施の形態２では、そのような小規模な処理回路系からなる位相制御部１２を電力送信装置１側に配置するものであり、飛翔体の搭載制限範囲内での装置の構築が十分に可能である。位相制御部１２が電力送信装置１側にあることによって、レクテナ基地局２側と電力送信装置１側との間の通信は、この発明の位相制御に関する限り、受電電力情報のみで良く、通信情報量を少なくすることができるとともに、通信部６及び通信部１１もより簡易な機器で構成することができる。
【００３１】
実施の形態３
【００３２】
この発明の実施の形態１及び２においては、基準送電パネル３及びそれ以外の送電パネル４がそれぞれ構造的に分離して配置するような構成で図１及び図５に記述しているが、図７に示すように１つの送電パネル構造１４の部分領域として、基準送電パネル３及びそれ以外の送電パネル４を構成してもよい。このような基準送電パネル３及びそれ以外の送電パネル４を領域としてもつ送電パネル構造１４であっても、基準送電パネル３及びそれ以外の送電パネル４部分のそれぞれに移相機能を持たせることによって、実施の形態１及び２において説明した無線電力伝送システムの位相制御処理を行うことができる。この場合、送電パネルの分割パターンは固定である必要は無く運用中に制御器で変更することが可能である。
【００３３】
実施の形態４
【００３４】
この発明の実施の形態４に係る無線電力伝送システム、レクテナ基地局及び電力送信装置について図８を用いて説明する。図８はこの発明の実施の形態４に係る無線電力伝送システム内に設ける位相制御部の構成を表す構成図である。図８において１５は位相制御部であり、実施の形態１及び実施の形態２における図１及び図５に示した位相制御部１０及び位相制御部１２に代替されるものである。位相制御部１５において、１６は送電パネル４の位相を変更する制御信号（指令）を生成して図１の場合には通信部１１へ、図５の場合には制御部７へ出力し、レクテナ９からの受電電力情報に基づき送電効率が良好となるように位相制御する位相制御回路部である。１７は位相制御を行う送電パネル４の順序を制御する位相制御順序制御部、１８は位相制御の時間間隔及び位相制御量の制御を行う位相制御時間／制御量制御部、１９は位相調整時の送電パネル４からの送信電力を制御する送信電力制御部、２０は送電パネルをグループ化して送電効率改善の時間短縮を行う位相制御単位制御部である。これらの位相制御順序制御部１７、位相制御時間／制御量制御部１８、送信電力制御部１９及び位相制御単位制御部２０は、位相制御の精度や収束性を高めるための制御を行うものであり、個別にそれらの機能をＯＮ／ＯＦＦすることができるものとする。
【００３５】
位相制御順序制御部１７は、前回までの送電パネル４の位相制御において、各送電パネル４の位相制御量に対する送電効率の変化量を記憶しておき、次回の位相制御では、前回までの電力効率の改善効果が高い送電パネル４から位相制御を行えるように、識別符号（ｋ）の順序を入れ替えるものである。また、位相変更の前後における電力量の変化が設定した閾値以下であり電力効率の改善効果が期待できない送電パネル４や、位相を正負いずれの方向へ制御しても送電効率が改善しない送電パネル４について、設定した回数だけ位相制御を実施しないように位相制御回路部１６へ指令する。このように、送電パネル４の位相制御順序を制御することで、より高速な送電効率の改善が図られる。
【００３６】
位相制御時間／制御量制御部１８は、前回までの送電パネル４の位相制御において、受電側での電力効率計測時の測定周波数での測定ノイズ成分を記憶しておく。次回の位相制御では、各パネルの位相制御量に対する位相変化量がノイズ成分より大きく、電力効率の変化量が判別可能となるように、電力量の計測時間を調整し、計測値を平均化処理することでノイズ成分を低減する。また、前回までの位相変化に対する電力効率の変化量を記憶しておき、電力効率測定値のノイズ成分を低減するのに指定の閾値以上の長時間を要する場合は、指定の量だけ位相制御量を拡大する。あるいは、指定の閾値以下の短時間である場合は、指定の量位相制御量を縮小する。指定の時間以上電力効率を測定しても電力効率の変化量がノイズ成分以下で改善の判定ができない場合は、位相制御に対して電力変化が無しとする。なお、受電側の測定ノイズ成分に関しては事前に求めた値を使用しても良い。制御に使用する指定量はその送電システムにおいて最適値を決める。また、送電効率が指定の値より低い場合は、位相制御量をより大きくすることで送電効率改善の時間短縮を図る。
【００３７】
送信電力制御部１９は、送電装置運用開始時や、保守時において、各送電パネル４の位相調整がまだ実施されておらず、各送電パネル４の位相が殆ど揃っていない状況で、送電出力１００％で位相調整するのが困難な場合（目標受電装置以外の地点へ電力が干渉するなどの問題を生じるため）、基準送電パネル３と位相調整中の送電パネル４以外、あるいは、基準送電パネル３と位相調整済みの送電パネル４、位相調整中の送電パネル４以外の送電を低減あるいはＯＦＦすることにより、送電パネル４の位相を初期調整することが可能となる。また、受電レクテナ外への干渉量をより抑えるために、基準送電パネル３、及び位相調整中に電力を出力している送電パネル４を含めた全パネルの電力量を低減することも可能である。また、送信電力制御部１９は、位相調整中の送電パネル４の電力に対する影響を顕現させるため、周囲のパネルの電力を調整するようにしてもよい。
【００３８】
位相制御単位制御部２０は、複数の送電パネル４をグループとし１組の送電パネルとして位相制御することで、位相制御回数に関わる位相制御単位を制御するものである。位相制御単位を広くすることで、位相制御回数の増大が抑制され、より短時間での位相調整が可能となる。前回までの位相制御結果、あるいは、先見的な調査により基準パネルに近いなど位相の変動が少ない区画の複数の送電パネルや、位相変化が共通な複数の送電パネルをグループとして纏めることで制御単位を広げることができる。また、送電効率が指定の値より低い場合に、送電パネルをグループ化して位相制御回数を抑制することにより、短時間で送電効率の改善を図ることができる。逆に、送電効率が良好な状態では、送電パネルのグループ化を縮小し、各送電パネルでより詳細な位相制御をすることによって、更に送電効率の改善を図るようにする。
【符号の説明】
【００３９】
１  電力送信装置
２  レクテナ基地局
３  基準送電パネル
４  送電パネル
９  レクテナ
１０、１２、１５  位相制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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